化工分离过程课后答案刘家祺Word文件下载.docx
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=Nv-Ni=3C+6-(2C+3)=C+3
固定设计变量Nx=C+2,加上节流后的压力,共C+3个
可调设计变量Na=0
解:
(1)Nv=3(c+2)
(2)Nc物
c
能
相
1
内在(P,T)
2
Nc=2c+3
(3)Ni=Nv–Nc=c+3
(4)Nxu=(c+2)+1=c+3
(5)Nau=c+3–(c+3)=0
思路2:
输出的两股物流看成是相平衡物流,所以总变量数Nv=2(C+2)
独立方程数Nc:
物料衡算式C个,热量衡算式1个,共C+1个
设计变量数Ni=Nv-Ni=2C+4-(C+1)=C+3
固定设计变量Nx:
有C+2个加上节流后的压力共C+3个
可调设计变量Na:
有0
11.满足下列要求而设计再沸汽提塔见附图,求:
(1)设计变更量数是多少?
塔顶产物
(2)如果有,请指出哪些附加变
量需
进料,227K,2068kPa
要规定?
9
Kmol/h
1.0
组分
N
Nxu
进料
压力
c+2
54.4
67.6
141.1
54.7
56.0
33.3
C
c+11=7+11=18
串级单元
传热
au
合计
塔底产物
N=N+N=20
U
u
V
x
a
习题6附图
附加变量:
总理论板数。
16.采用单个精馏塔分离一个三组分混合物为三个产品(见附图),试问图中所注设计变量能
否使问题有唯一解如果不,你认为还应规定哪个(些)设计变量
解:
NXU
40+1+1
c+44=47
3+1+1+2=7
N=54
v
设计变量:
回流比,馏出液流率。
第二章
4.一液体混合物的组成为:
苯;
甲苯;
对二甲苯(摩尔分率)。
分别用平衡常数法和相对挥
发度法计算该物系在100kPa式的平衡温度和汽相组成。
假设为完全理想系。
解1:
(1)平衡常数法:
设T=368K
用安托尼公式得:
P156.24kPa;
P63.28kPa;
P
26.88kPa
s
由式(2-36)得:
K1.562
;
K
0.633;
K0.269
y0.781
0.158;
y0.067;
y
1.006
由于
>
,表明所设温度偏高。
由题意知液相中含量最大的是苯,由式(2-62)得:
'
1.553可得T'
367.78K
重复上述步骤:
K'
1.553;
K0.6284;
0.2667
y'
0.7765;
y0.1511;
y0.066675;
y
1.0003
在温度为时,存在与之平衡的汽相,组成为:
苯、甲苯、对二甲苯。
(2)用相对挥发度法:
设温度为368K,取对二甲苯为相对组分。
计算相对挥发度的:
5.807;
2.353;
1.000
13
23
33
解2:
(1)平衡常数法。
设t=95℃
苯:
lnP20.79362788.5/(95273.1552.36)11.96;
甲苯:
lnP20.90653096.52/(95273.1553.67)11.06;
lnP20.98913346.65/(95273.1557.84)10.204
对二甲苯:
1.56910
K
5
1.569;
0.6358
105
1.569
1.011
选苯为参考组分:
K
1.552;
解得T=℃
12
lnP11.05;
P6.28110Pa
4
lnP10.19;
P2.665410
Pa
=
K=
故泡点温度为℃,且1.5520.50.776;
y0.62810.250.157
y0.26650.250.067
(2)相对挥发度法
设t=95℃,同上求得=,=,K=
5.807
2.353,1
,
5.8070.5
故泡点温度为95℃,且
0.776;
0.067
3.74
2.3530.25
10.25
y
0.157y
11.组成为60%(mol)苯,25%甲苯和15%对二甲苯的100kmol液体混合物,在和100℃下
闪蒸。
试计算液体和气体产物的量和组成。
假设该物系为理想溶液。
用安托尼方程计算蒸
气压。
在373K下
lnP20.79362788.51T52.36P179.315kPa
S
lnP20.90653096.52T53.67P73.834kPa
57.84
ln
20.9813346.65
31.895kPa
计算混合组分的泡点TB
计算混合组分的露点TD
此时:
x=,x=,x=,L=;
T=
B
D
y=,y=,y=,V=。
12.用图中所示系统冷却反应器出来的物料,并
从较重烃中分离轻质气体。
计算离开闪蒸罐的
蒸汽组成和流率。
从反应器出来的物料温度
811K,组成如下表。
闪蒸罐操作条件下各组分
的K值:
氢-80;
甲烷-10;
甲苯
以氢为1,甲烷为2,苯为3,甲苯为4。
总进料量为F=460kmol/h,
z0.4348z0.4348z
0.1087
z
0.0217
组分流率,mol/h
,
又K1=80,K2=10,K3=,K4=
由式(2-72)试差可得:
Ψ=,
由式(2-68)计算得:
10
y1=,y2=,y3=,y4=;
V=h。
14.在下,对组成为45%(摩尔)正己烷,25%正庚烷及30%正辛烷的混合物。
⑴求泡点和露点温度
⑵将此混合物在下进行闪蒸,使进料的50%汽化。
求闪蒸温度,两相的组成。
⑴因为各组分都是烷烃,所以汽、液相均可看成理想溶液,K只取决于温度和压力,
I
可使用烃类的P-T-K图。
泡点温度计算得:
T=86℃。
露点温度计算得:
T=100℃。
⑵由式(2-76)求T的初值为93℃,查图求KI
正己烷正庚烷正辛烷
所以闪蒸温度为93℃。
由式(2-77)、(2-68)计算得:
x=,x=,x=
C6
C7
C8
y=,y=,y=
所以液相中含正己烷%,正庚烷%,正辛烷%;
汽相中含正己烷%,正庚烷%,正辛烷%。
第三章
12.在压力下氯仿
(1)-甲醇
(2)系统的NRTL参数为:
=mol,=mol,=。
试确定共
沸温度和共沸组成。
安托尼方程(:
Pa;
T:
K)
2696.79
(T
氯仿:
lnP
20.8660
23.4803
46.16)
34.29)
3626.55
甲醇:
设T为℃
则lnP
(326.65
P=P=
由G
exp(
),=
ij
ijij
ji
G
)=exp(0.3
8.9665)=
)=exp(0.30.8365)=
8.9665
1212
21
2121
(0.8365)1.2852
0.06788
=(1x)
[x(1x)1.2852]([1x)0.06788x]
1.3817
0.6086
(1.2852
0.2852x)(10.93212x)
(1x
0.8365
1.2852
=x
0.06788x)[x
1.2852(1x)]
0.04131
1.07507
(10.93212x)(1.2852
0.2852x)
76990.1
64595.6
ln-ln=ln
=ln
求得x=
=0.3276990.11.20920.6864595.60.8971
=设T为60℃
则lnP20.8660
2696.79
(333.1546.16)
95721.9
84599.9
设T为56℃
2696.79
lnP20.8660
(329.1546.16)
则
83815.2
71759.3
-=ln
当-=时求得==
lnln
=
=0.3083815.21.10990.7071759.30.9500
lnAx
=某1、2两组分构成二元系,活度系数方程为
,端值常数与
温度的关系:
A=(T,K)
4050
lnP16.0826
蒸汽压方程为
lnP16.3526
(P:
kPa:
T:
假设汽相是理想气体,试问时①系统是否形成共沸物?
②共沸温度是多少?
设T为350K
350P
=kPa
则A=
350
lnP16.3526
因为在恒沸点
PS
11
22
1
由
得
解得:
=
ln0.30090.0513
ln0.30090.9487
xP
99.75
P=
=
kPa
设T为340K
340
64.7695
84.8458
A(12x)
0.343(412)
==
ln0.34340.1069
ln0.34340.8931
xP
99.75
设T为352K
352
97.2143
0.292(412x)
127.3473
x
ln0.29240.0383
ln0.29240.9617
说明系统形成共沸物,其共沸温度为352K。
99.13
1.31
75.6738
判断
,而=,=
12
P,P
•
,且
•故形成最低沸点恒沸物,恒沸物温度为。
第四章
•1.某原料气组成如下:
CH4
CHCHi-CHn-CHi-CHn-CH
n-CH
26
38
410
512
614
y(摩尔分率)
先拟用不挥发的烃类液体为吸收剂在板式塔吸收塔中进行吸收,平均吸收温度为38℃,
压力为,如果要求将i-CH回收90%。
试求:
(1)
(2)
(3)
(4)
为完成此吸收任务所需的最小液气比。
操作液气比为组小液气比的倍时,为完成此吸收任务所需理论板数。
各组分的吸收分率和离塔尾气的组成。
求塔底的吸收液量
(1)最小液气比的计算:
在最小液气比下N=∞,A=
关
(
)KA==
min
(2)理论板数的计算:
操作液气比L1.(2L)=尾气的数量和组成计算:
Vmin
A
VK
非关键组分的
A
A
1
N1
吸收率
(1)
v
v
v
被吸收的量为
,塔顶尾气数量
1i
塔顶组成
按上述各式计算,将结果列于下表
i-CH
14
6
-
(4)塔底的吸收量L
10080.37
90.185
塔内气体平均流率:
塔内液体平均流率:
LL
L
均
()V0.571290.18551.514
LVL
而V
,即100+=+
联立求解得L=h.L=h
由题意知,i-CH为关键组分
由P=,t平=38℃
查得K=(P-T-K图)
(1)在最小液气比下N=∞,A=中=
(2)L
1.1(
)=所以理论板数为
(3)它组分吸收率公式
计算结果如下:
量
塔顶尾气
数量组成
以CH4为例:
0.5544
0.032
i=VK
17.4
0.0329.4810.99
0.0329.4811
0.32
V1(CH4)=(1-)VN+1==
10080.190
(3)塔内气体平均流率:
90.10Kmol/h
L(L19.81)
L=
L9.905
l
由=
=h
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